doi: 10.15389/agrobiology.2016.5.664rus
УДК 633.1:579.64
Исследования выполняли с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» (ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Санкт-Петербург—Пушкин). Работа поддержана Российским научным фондом, грант № 14-26-00094.
ВЫРАВНИВАНИЕ ПОЧВЕННЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ
РАСТЕНИЙ ПРИ ДЕСТРУКЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ
МИКРОБНЫМИ ПРЕПАРАТАМИ
О.В. СВИРИДОВА1, Н.И. ВОРОБЬЕВ1, Н.А. ПРОВОРОВ1, О.В. ОРЛОВА1,
И.В. РУСАКОВА2, Е.Е. АНДРОНОВ1, В.Н. ПИЩИК3, А.А. ПОПОВ1,
Ю.В. КРУГЛОВ1
Развитие современного сельского хозяйства направлено на получение стабильно высоких урожаев и производство семян высокого качества. В связи с этим разрабатываются прецизионные агротехнологии, выравнивающие почвенные условия. Индивидуальные фенотипические характеристики растений определяются локальными почвенными условиями вблизи корневых систем. Так, дисперсия высот растений зависит от пространственного распределения энергетических ресурсов и питательных веществ в почве и ограничивается генетической нормой. Она может уменьшаться, когда почвенные условия выравниваются. Мы предположили, что эффект микробиологического выравнивания почвенных условий (МВПУ) наблюдается при деструкции растительных остатков с использованием микробного препарата. До настоящего времени исследования в этом направлении не проводились. В представленной работе были получены практически значимые результаты благодаря использованию оригинального фрактального анализа молекулярно-генетических частотных данных для почвенных микробных сообществ. Нашей целью стало экспериментальное и теоретическое изучение МВПУ эффекта, возникающего после деструкции растительных остатков с использованием микробных препаратов, разработанных во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии. В I опыте (2011-2014 годы) изучали дисперсию высот растений ячменя после деструкции соломы ячменя препаратом баркон. Во II опыте использовали данные молекулярно-генетического анализа почвенных микробных сообществ после деструкции растительных остатков тремя микробными препаратами (баркон, багс и омуг). Препарат баркон содержал консорциум бактерий и грибов; багс представлял собой консорциум целлюлозолитических микроорганизмов, полученный на основе биологически активного грунта; омуг — микробное удобрение, полученное после биотехнологической переработки птичьего помета. Функциональную активность микробных сетей, возникающих при деструкции растительных остатков с использованием микробных препаратов, изучили с помощью фрактального анализа молекулярно-генети-ческих данных микробных сообществ в почве. Мы получили фрактальный таксономический портрет микробных сообществ и индекс эффективности функционирования микробных сетевых образований, которые были сформированы во время деструкции растительных остатков. Использование баркона для деструкции растительных остатков в I опыте привело к постепенному выравниванию почвенных условий и уменьшению дисперсии высот растений. Без применения препарата дисперсия высот растений возрастала с каждым годом. Следовательно, микробные препараты могут инициировать эффективные микробные сети, которые способны сохранить энергетические ресурсы и питательные вещества, распределив их равномерно в почве. Молекулярно-генетические данные II опыта подтвердили, что эффективность функционирования микробных сетей после использования баркона, багса и омуга значительно увеличивалась за счет лучшей организации деструктивных процессов. Таким образом, деструкция растительных остатков с помощью биопрепаратов — необходимое и эффективное дополнение современных агротехнологий. Она приводит к восстановлению необходимого количества энергетических ресурсов и питательных веществ в почве, выравниванию ресурсов в почвенном пространстве, повышению устойчивости урожайности и улучшению качества получаемой растительной продукции.
Ключевые слова: деструкция растительных остатков с использованием микробных биопрепаратов, микробные деструктивные сообщества в почве, дисперсия индивидуальных высот растений, фрактально-таксономический портрет микробного сообщества, индекс функциональной эффективности микробных деструктивных сетей.
O.V. Sviridova1, N.I. Vorobyov1, N.A. Provorov1, O.V. Orlova1,
I.V. Rusakova2,
E.E. Andronov1, V.N. Pishchik3, A.A. Popov1,
Yu.V. Kruglov1
Modern agriculture is developing in the direction of producing consistently high yields and high quality seed production. In this regard, the precision agricultural technologies are develop for the leveling a soil conditions. Individual phenotypic characteristics of plant are determined by the local soil conditions near their root’s systems. As a result, the variance of plant’s height is dependent on the spatial distribution of energy resources and nutrients in the soil. The variance of plant's height restricted to the genetic norm for this characteristic and it can been reduced when a soil conditions are leveled. In experiments with planting alfalfa was been shown, that the variance of plant’s mass may decrease with an increase in the efficiency of plant-microbial symbiosis. Perhaps the plant-microbial symbiosis is able to level a soil conditions and selectively stimulate the plants by using of the microbial metabolites. We assume that the effect of microbiological leveling soil conditions (MLSC) may be observed during destruction of plant’s residues using microbial preparation. Previously, MLSC effect has not studied. Therefore, these theoretical and experimental researches are new. In addition, we have obtained new practically important results thanks to the use of the original fractal analysis of molecular-genetic data of the soil microbial community. The goal of this work was experimental and theoretical study of MPSC effect arising after destruction of plant’s residues with the using of the microbial preparations, which was been developed in the All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology. To achieve this goal were used the data of two experiments. In the first experiment, the variances of the barley plant’s height were been investigated after the destruction of plant residues using a microbial preparation Barkon. Out the second experiment used data of the molecular-genetic analysis of soil microbial communities after the destruction of plant’s residues using three microbial preparations: Barkon, Bags and Omug. The preparation Barkon contains the consortium of bacteria and fungi; Bugs is a consortium of cellulolytic organisms, derived from biologically active soil; Omug is the microbial fertilizer obtained after biotechnological processing of poultry manure. The functional activity of microbial networks arising during the destruction of plant’s residues with using of microbial preparations was been studied using fractal analysis of molecular genetic data of microbial communities in soil. With using of the fractal analysis was been obtained the fractal taxonomic portrait of microbial communities and the index of the functional efficiency of microbial network formations, which were formed during destruction of plant’s residues. The first experiment showed that the using of preparations for the destruction of plant's residues leads to a gradual leveling of the soil’s conditions and to reducing of the variance of plant's heights, which were been grown on these soils. Without these preparations, the dispersion of plant's heights increases with each successive year. From this, it follows that these preparations may initiate the effective microbial networks that are able to save the energy resources and the nutrients distributing them evenly in the soil. The molecular-genetic data from second experiment confirmed that the functional efficiency of the microbial networks after using preparations significantly increases due to better organization of destructive processes. The results of this study suggest that the destruction of plant’s residues by using of the special preparations is a necessary and effective complement of the modern precision agro technologies. Thus, the microbial preparations for destruction plant's residues start processes which lead to the restoration of the required level of energy resources and nutrients in the soil, to the leveling of resources in soil's space, to the increasing the stability of yields and to the improving the quality of plant’s products.
Keywords: the destruction of plant’s residues with using of the microbial preparations; the microbial destructive communities in the soil; the dispersion of the individual heights of plants, the fractal-taxonomic portrait of the microbial community; the index of the functional efficiency of microbial networks.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
